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Pression de sélection par l'Homme

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Objectif(s)

Comprendre la démarche de sélection empirique (ou massale).
Décrire les processus à l’origine des phénotypes observés chez les plantes domestiques.
Comprendre l’origine de la biodiversité variétale.
Comprendre que la sélection par l’Homme peut conduire à l’émergence de nouvelles espèces.
Décrire les étapes d’obtention d’une lignée pure.
Comprendre l’intérêt en agronomie d’une lignée pure.

Points clés

Les végétaux jouent un rôle essentiel pour la survie de l’espèce humaine. Ils sont à la base de l’alimentation animale qui sert à nourrir l’Homme.
Au cours des siècles, depuis les débuts de l’agriculture il y a 11 500 ans, l’Homme a toujours cherché à améliorer les espèces végétales qu’il cultive. Pour cela, il a développé des stratégies de sélection empiriques basées sur l’étude phénotypique des plants. Par cette approche, il a sélectionné les caractères dont il avait besoin pour sa propre consommation. Il a ainsi toujours cherché à favoriser la reproduction des plants présentant des caractéristiques favorables comme la résistance aux parasites, la taille des réserves de glucides, le goût, la couleur, etc.
Le plus souvent, cette sélection a fragilisé les espèces végétales les rendant inaptes à se développer dans un écosystème naturel. Elles ne peuvent se développer aujourd’hui que dans un agrosystème.
La biodiversité variétale constitue une richesse et un patrimoine qu’il faut préserver. Elle résulte des croisements empiriques réalisés par les paysans au cours de siècles. Elle permet de disposer pour chaque espèce végétale, de nombreuses variétés répondant aux besoins de l’Homme (qualité gustative, productivité, résistance aux maladies).
Aujourd’hui, l’Homme pratique cette sélection artificielle en laboratoire, par auto-fécondation des plans, afin d’augmenter le taux d’homozygotie au sein d’une population pour un (ou plusieurs) caractère(s) sélectionné(s).

Pour bien comprendre

Principe de la sélection naturelle
Lien entre génotype et phénotype
Modalités de reproduction des angiospermes
Mécanismes à l’origine de la diversification des génomes

1. Un exemple de sélection par l'Homme : le maïs

a. La téosinte : ancêtre sauvage du maïs

Il y a 7000 ans, les Amérindiens cultivaient une espèce végétale : la téosinte. Cette espèce sauvage pourrait être l’ancêtre du maïs. Elle est caractérisée par un plant très touffu et des grappes de grains formées d’une seule rangée. Les grains sont petits, de forme triangulaire. Leur enveloppe appelée glume est épaisse et de couleur sombre. Lorsqu’ils sont mûrs, les grains tombent au sol. Le glume protège les grains contre les parasites ce qui les rend plus résistants en milieu naturel.

Des fouilles archéologiques réalisées en Amérique Centrale, ont permis de trouver des épis résultant de croisements entre différents individus de téosinte par les Amérindiens.

Le maïs est cultivé actuellement uniquement dans des agrosystèmes. Il est caractérisé par un plant formé d’une seule tige et des épis comprenant 20 rangées de grains. Ces derniers ont une enveloppe fine et sont de couleur jaune et restent accrochés aux épis à maturité.

b. La domestication de la téosinte

À chaque cycle de reproduction, les Amérindiens sélectionnaient les grains de téosinte qui présentaient des caractères favorables à leur consommation : taille, aspect, …., pour les replanter pour l'année suivante.
Ils ont ainsi sélectionné les individus sauvages au cours des siècles, modifiant ainsi leur phénotype, pour créer une espèce domestiquée. La sélection n'est plus naturelle mais exercée par l'Homme. On parle de sélection massale.

Il est possible de voir apparaître des plants présentant le phénotype « téosinte » dans des champs de maïs cultivés en agrosystèmes. De même, on voit des plants présentant le phénotype « maïs domestiqué » parmi les plants sauvages de téosinte. Dans ce cas, les plants sont plus fragiles et moins résistants.

c. Impact de la sélection sur le génotype de l'espèce

On connaît les gènes impliqués dans le contrôle de l’architecture des plants et des enveloppes des grains, respectivement : tb1 et Tga1.

On constate des différences génotypiques entre le maïs et le téosinte :

Si on compare la quantité d’ARNm produit à partir du gène tb1 entre le maïs et le téosinte, on constate que ce gène est plus fortement exprimé chez l’espèce domestiquée que ce soit dans l’épi femelle ou le pédoncule.
Le maïs et le téosinte présentent des allèles différents : l’allèle présent chez le maïs conduit à une graine entourée d’une enveloppe plus fine (le glume), donc plus vulnérable en milieu naturel.

Ainsi, à partir d’une espèce ancestrale sauvage vivant dans un écosystème naturel, l’Homme a réussi à sélectionner une population d’individus présentant un phénotype très éloigné de celui d’origine, lui apportant un avantage alimentaire. cette sélection se faisant sur des critères visuels, on dit qu'elle est "empirique".

Toutefois, ces individus restent interféconds malgré leur isolement génétique. Les caractères choisis sont recherchés par l’Homme mais sont défavorables à la survie de l’individu dans le milieu naturel. Ces caractères sont exprimés à partir d’allèles résultant de mutations peu fréquentes dans la population sauvage.

Cette sélection conduit donc à la réduction de la diversité génétique et à l’obtention d’individus homogènes. Les nouveaux plants sont adaptés à la vie domestique mais ne le sont plus à la vie sauvage.

Toutefois, d’une région à l’autre, la sélection opérée par l’Homme n’a pas conduit systématiquement à l’obtention du même phénotype. Les épis de maïs peuvent différer par leur taille ou la couleur des grains. On parle alors de variétés car elles restent interfécondes.

2. La sélection à l'origine des variétés

Quelque soit l’espèce végétale considérée, on dénombre aujourd’hui un très grand nombre de variétés. C'est une forme de biodiversité qui est le résultat de la main de l’Homme.

Les variétés décrites chez le maïs ont des utilisations diverses en fonction de leur teneur en glucides.

Cette caractéristique dépend de l’expression de certains allèles codant des enzymes de la voie de synthèse de l’amidon. L’amidon est le glucide de réserve des végétaux. Il est composé d’amylose et d’amylopectine.
Les variétés incapables de synthétiser l’amylose vont être utilisées préférentiellement en amidonnerie. Les autres seront utilisés pour l’alimentation humaine, la semoulerie, la papeterie, la cartonnerie, la chimie, la pharmacie et la cosmétique.

Ainsi, la biodiversité variétale résulte d’une sélection empirique par l’Homme.
Les variétés sont toutes issues de la même espèce. Chaque variété présente des caractéristiques choisies par l’Homme qui vont optimiser la productivité et l’utilisation du produit (résistance aux parasites, quantité de réserves).
Cette diversité variétale est une richesse à préserver. Une banque de semences a été créée en Norvège pour leur préservation.

3. La sélection à l'origine de nouvelles espèces

Exemple du blé

Aujourd’hui, l’Homme utilise deux types de blé : le blé dur et le blé tendre.

Le blé dur est utilisé principalement pour fabriquer les semoules et les pâtes non levées tandis que le blé tendre est utilisé pour la fabrication des pâtes levées (pain).

Ces deux types de blé présentent des caractéristiques phénotypiques communes sélectionnées par l’Homme : leurs grains restent attachés à l’épi pour augmenter les rendements lors de la récolte et ils ne possèdent pas d’enveloppes protectrices.

L’étude comparée du caryotype montre que le blé dur possède deux exemplaires d’un génome de 2n=14 chromosomes tandis que le blé tendre en possède trois exemplaires. On constate donc que les deux types de blés utilisés aujourd’hui par l’Homme ne sont pas interféconds. Ils appartiennent à deux espèces différentes, issues d’hybridations successives.

La première hybridation aurait eu lieu il y a -17 000 ans (avant la sédentarisation de l’Homme et le début de la domestication végétale) entre l’engrain sauvage et un égilope, donnant naissance à l'amidonnier sauvage.

Puis, l’Homme aurait sélectionné parmi cette espèce hybride les individus les plus aptes à sa consommation, donnant ainsi naissance à l’amidonnier domestiqué. La poursuite de la sélection de l’amidonnier domestiqué, en sélectionnant les épis les plus compacts portant des grains nus, a aboutie à l’obtention du blé dur.

Il y a 9000 ans, un nouveau type de plants serait apparu dans les champs cultivés par les hommes, résultat de l’hybridation entre l’amidonnier domestiqué et un égilope rugueux. La pression de sélection opérée par l’Homme sur ces nouveaux plants aurait permis l’apparition du blé tendre.

Ainsi, en opérant une pression de sélection, l’Homme contribue à la diversification des génomes en sélectionnant les modifications les plus avantageuses pour sa consommation.

Aujourd’hui, l’Homme a acquis de nombreuses connaissances notamment en génétique et est capable de manipuler génétiquement les génomes pour leur apporter les modifications permettant l’optimisation des rendements, la résistance aux maladies et parasites, etc.

4. La sélection « moderne »

Grâce aux avancées technologiques, l’Homme peut maintenant accélérer le processus de sélection en laboratoire.

Pour cela, on utilise une population d’individus hétérogènes. Les individus sont donc tous hétérozygotes. L’objectif est d’obtenir une lignée pure homozygote pour les allèles choisis au préalable.
Afin d’obtenir cette lignée pure, le sélectionneur va utiliser le pollen d’un plant dont il veut préserver les caractéristiques pour féconder les ovules de ce même plant : c’est l’auto-fécondation. Ce processus est répété sur plusieurs générations en sélectionnant à chaque étape les meilleurs plants.

Ces lignées pures sont ensuite croisées pour obtenir les plants présentant les caractères voulus par l’agriculteur.